煤岩体应力测试

如题所述

岩体应力是工程岩体稳定性分析及工程设计的重要参数。目前,岩体应力主要靠实测求得,特别是构造活动较强烈及地形起伏复杂的地区,自重应力理论将无力解决岩体应力问题。由于岩体应力不能直接测得,只能通过量测应力变化而引起的诸如位移、应变等物理量的变化值,然后基于某种假设反算出应力值。因此,目前国内外使用的所有应力量测方法,均是在平硐壁面或地表露头面上打钻孔或刻槽,引起岩体中应力扰动,然后通过用各种探头量测由应力扰动而产生的各种物理量变化值的方法来实现。常用的应力量测方法主要有:应力解除法、应力恢复法和水压致裂法等,这些方法的理论基础是弹性力学。因此,岩体应力测试均视岩体为均质、连续、各向同性的线弹性介质。

4.3.4.1 应力解除法

(1)基本原理

应力解除法的基本原理是:岩体在应力作用下产生变形(或应变)。当需测定岩体中某点的应力时,可将该点一定范围内的岩体与基岩分离,使该点岩体上所受应力解除。这时由应力产生的变形(或应变)相应恢复。通过一定的量测元件和仪器量测出应力解除后的变形值,即可由确定的应力与应变关系求得相应应力值。应力解除法根据测量方法不同可分为表面应力解除法、孔底应力解除法和孔壁应力解除法三种。本节仅介绍孔壁应力解除法。

孔壁应力解除法(或称钻孔套芯应力解除法)。该方法的基本原理是在钻孔中安装变形或应变测量元件,测量套芯应力解除前后钻孔半径变化值(径向位移),用该孔径变化值来确定岩体应力值(图4-44)。目前常用的变形测量元件有:门塞式应变计、光弹性应变计、钢环式钻孔变形计、压磁式钻孔应力计和空心包体式单孔全应力计等。

(2)试点选择与地质描述

在平硐壁面或地表露头面上选择代表性测点,用130mm岩心钻头打一钻孔至测量点,其深度应超过扰动影响区;在平硐内进行测试时,其深度应超过硐室直径的2倍;同时使测点一定范围内岩性均匀无突变,岩心无大的裂隙通过。

地质描述内容包括:岩心的煤岩名称、结构及主要矿物成分;结构面类型、产状、宽度、充填物情况及测点的地应力现象;钻孔岩心形状及RQD值等,同时提交测点剖面图及钻孔柱状图等。

图4-44 孔壁应力解除法示意图

4.3.4.2 应力恢复法

(1)基本原理

应力恢复法一般在平硐壁面(也可在地表露头面)上进行。在岩面上切槽,岩体应力被解除,应变也随之恢复;然后在槽中再埋入液压枕,对岩体施加压力,使岩体的应变恢复至应力解除前的状态;此时,液压枕施加的压力即为应力解除前岩体受到的应力,这一应力值实际上是平硐开挖后壁面处的环向应力。通过量测应力恢复后的应力和应变值,利用弹性力学公式即可求解出测点岩体中的应力状态。

根据所采用应变计的类型不同,应力恢复法可分为钢弦应变计法、电阻片法和光弹应变计法,本节仅介绍电阻片法。应力恢复法适用于坚硬、半坚硬完整岩体。

(2)试点制备与地质描述

在平硐壁面上选择岩体完整部位加工制备试点。首先在试点大于2倍液压枕边长的范围内进行粗加工,要求岩面起伏差不超过0~5cm。然后在选定粘贴电阻应变花的部位进行细加工,其范围应不小于应变花直径的2倍,用手提式砂轮或磨平钻头磨平整。试点的地质描述同承压板法。

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